哈德逊湾锌氧压浸出工艺.doc

哈德逊湾矿冶公司锌氧压浸出工艺1. 前言从1930年开始，哈德逊湾矿冶公司（以下简称哈公司）在马尼托巴的富林富隆经营着一个锌和铜的混合精炼厂。但直到1993年7月，锌冶炼厂采用的还是焙烧浸出电积的工艺。同年7月2日，这一局面得到改变，哈公司试运转世界上第一个二段锌氧压浸出冶炼厂，试车成功后，在富林富隆生产的所有锌产品都是来自于氧压浸出，也就是说各种不同的混合锌精矿都在高压釜中得到处理，而不需要再进行焙烧。为了满足政府新的二氧化硫和颗粒物排放规定，哈公司通过推行氧压浸出工艺消除了锌冶炼厂所有二氧化硫和颗粒物的排放，从而符合新规定要求。试车成功后，哈公司氧压浸出工艺一直运转良好，锌电解车间满负荷生产，产能通常都高于设计生产能力。开始生产到现在厂子没有进行什么大的改动，但是为了提高生产的灵活性和降低维护费用，也进行了许多小的改动。本文竭力描述了目前企业的运转现状，并特别强调了为改善设备实用性所进行的一些改动。2. 锌氧压浸出工艺的化学机理在锌氧压浸出过程中，锌精矿是在一个高压釜中进行酸浸的，控制温度范围为145150，富氧气氛总压达到1100KPa。锌精矿被浸出反应中生成的三价铁氧化从而生成锌的硫酸盐和元素硫。三价铁离子在反应中被还原，但是又被高压釜中的氧气再次氧化，从而又可以去浸出更多的锌精矿，过量溶解的铁同时可以以氢氧化物或者黄钾铁钒形式沉淀。在富林富隆。铁主要是以氧化铁形式沉淀，只有1520的铁是以黄钾铁钒形式沉淀。锌氧压浸出基本的化学反应如下所示：ZnS +Fe2(SO4)3ZnSO4+FeSO4+S02FeSO4+0.5O2+H2SO4Fe2(SO4)3+H2OFe2(SO4)3+(X+3) H2OFe2O3XH2O+3H2SO43 Fe2(SO4)3+14H2O(H2O)2Fe6(SO4)4(OH)+5H2SO43. 工艺过程图一表明了哈德逊湾锌加压浸出厂的整个工艺流程。精矿、返酸和老厂铁酸锌残渣酸浸后的溶液，被一同加到低酸浸出高压釜。在这个高压釜中，矿浆被排放进入两段氧压浸出逆流系统前锌精矿中大约有75的锌溶解（即锌精矿一段低酸锌的浸出率为75）。然后，被排放的矿浆进行浓密机，浓密底流渣进入高酸浸出高压釜中进行浸出以回收剩余的锌。从高酸浸出高压釜出来的含硫矿浆进入浓密机进行浓缩，过滤，然后送往浮选工段。在浮选部分，元素硫、金和未浸出的硫化物被浮选并被以浮选精矿的方式回收。经过洗涤和过滤后，浮选精矿被溶解，然后经过热压滤使元素硫和金、未浸出的硫化物分离。热压滤得到的滤饼被送往铜冶炼厂进行稀有金属的回收。高酸浸出浓密机溢流返回到低酸浸出高压釜进行预中和。低酸浸出浓密机溢流部分被来自于污水处理的氢氧化锌中和，得到不含铜的石膏沉淀，经过处理的溶液然后被送往除铜工段用锌粉置换除铜。除铜后液被送往除铁工段，在这里亚铁离子在鼓入氧气的情况下被进一步中和出去。除铁完毕后，溶液送往净化工段以除去镉、钴和镍。冶炼厂收尘器中的烟尘和锌熔铸车间浮渣经过多膛炉焙烧降低其中的氯、氟含量，然后经浸出转化为氢氧化锌矿泥用来中和低酸浸出浓密机溢流。3.1 氧压浸出 湿式球磨后的精矿被定容式活塞泵（共两台，一台备用）从搅拌槽中打到3.921.5m的低酸浸出高压釜中。高酸浸出溢流、铁酸锌浸出溢流和酸被谨慎的记量加入到低酸浸出高压釜中，以维持釜中预定的酸和锌的比率。高压釜中有五套搅拌装置，四台运转，一台备用。精矿浸出一直到大约有75的锌被浸出，然后浸出矿浆通过一个两段逆流系统（为热回收系统）自流到低酸浸出浓密机。低酸浸出浓密机溢流被泵送到中和工序，溢流液含酸79g/L，这取决于精矿的反应率和铁离子的再溶解量。低酸浸出浓密机底流含固量45，用一台不锈钢定容泵（共两台，一台备用）送至高酸浸出高压釜。高酸浸出高压釜和低酸浸出高压釜规格相同，剩余的锌在这里再次得到浸出，使得总的锌浸出率可以达到99。浸出矿浆从高酸浸出高压釜进入一个两段逆流系统（热回收系统），然后自流到高酸浸出浓密机。高酸浸出浓密机溢流含酸3545g/L（取决于高压釜冷却的需求），溢流液先贮存在一个325m3的贮槽中，然后在泵送至低酸浸出高压釜。高压釜温度的控制是通过高酸浸出溢流的分流、低酸浸出溢流的再循环和添加废液到高酸浸出高压釜的最后舱室实现的。3.2 铁酸锌浸出 富林富隆渣场的铁酸锌在渣烟化处理开始前的处理也属于加压浸出作业的一部分。回收利用的渣首先被重新制浆，含固量70，然后进行湿式球磨后泵送至加压浸出厂，在两个常压搅拌浸出槽内用若干废电解液浸出，加热矿浆是通过一台混合式凝汽器来实现的，它是利用来自加压釜逆流系统的闪蒸热来加热矿浆。在锌和铁分解后，被浸出的矿浆进入浓密机，然后过滤回收金和银。铁酸锌浸出浓密机溢流返回到高压釜回路进行沉铁。一部分来自铁酸锌浸出的含二价和三价铁的溶液被用来对冶炼烟尘处理厂的砷进行固化处理，并降低返回到高压釜换热器的废酸中高锰酸含量。4. 工厂设计4.1 磨矿工序锌精矿经过混合后，锌混合精矿被运送到一个可以贮存535吨精矿的储仓。然后再加料到一台3.84.6m，功率930Kw的球磨机。球磨机排放物用浓密机溢流稀释以改善分离效果，然后被泵入一台150mm离心分离器，离心分离器溢流固体颗粒44微米以下的占98，经过一台振动筛筛选后再进入8m高效浓密机。浓密机溢流含固量70，首先贮存在一台带搅拌的贮槽内，然后再泵送至加压浸出厂，离心分离底流返回球磨机再次研磨。4.2 酸加热和热回收为了减少热损失，低酸和高酸浸出高压釜的两段闪蒸所得到的大部分蒸汽被捕捉，并在三台直径2.4m的串联排气洗涤塔中冷却。这些排气洗涤塔所产生的热冷凝物可以用来给系统加热。给低酸和高酸浸出高压釜中的废电解液加热是用904L板框式热交换器，而送往锌粉置换净化的溶液则用316SS热交换器。从热交换器中出来的冷的冷凝物则再循环到热洗涤塔再次加热，多余的冷凝物则被排放到污水处理厂。除了回收热外，排气洗涤塔还可以用来洗涤高压釜排出的气体。4.3 硫的分离加压浸出厂处理的精矿里面的金和加压浸出渣中的硫或者汇集到锌加压浸出尾矿堆，或者在硫回收工段通过浮选和热滤得到回收。在这里，从高酸浸出高压釜排除的含金和硫的硫化物渣滓是通过传统浮选工艺得到浮选精矿回收金和硫。该工序包括粗选、扫选和洗涤做成，粗选和扫选浮选池体积为4.25m3，洗涤池体积为1.7m3。洗涤后的浮选精矿总的含硫量大约可以达到95，在带有蒸汽罩的圆筒过滤器中过滤并预干燥。汽源来自一台多用途冷凝槽的废蒸汽。从圆筒过滤器中出来的浮选精矿被破碎并交替在一台旋风熔融炉内熔融，然后用一台110m2的压滤机通过热滤使金和未反应的硫化物与熔融的硫分离。滤饼送到冶炼厂回收金和铜。而硫则被泵送到距离加压浸出厂1500m的块料仓库。5. 高压釜操作富林富隆的锌加压浸出系统目前运行良好，并且超出了预期，它是世界上第一个采用两段加压浸出的锌冶炼工厂。到目前为止，加压浸出系统面临的最大问题就是来自老的电解车间冷却系统的稀释水量大大超过了预期的量。开车几个月后，电解车间来的过量水使电解车间返酸被明显稀释，高压釜回路、矿浆排出和闪蒸系统的流量也大大超除设计。随着矿浆和闪蒸蒸汽量的增加，硫显著损失于污水处理系统，原因是硫随加压浸出矿浆进入冷凝系统。通过污水坑水也可以进入回路，因此要限制其它地方的加水量，限制浸出渣的洗涤，这也加剧了硫的流失。由于稀释和增加的硫损失，工厂电解液浓度下降，在水问题没有得到解决前曾一度降低到120g/L。这个问题后来通过增加电解车间水冷却系统的维护、严格控制其它加水点的加水量得到了解决。在电解车间稀释问题得到解决的同时，加压浸出处理更大流量的能力也得到了提高。以上是通过一些措施实现的，一是增加液面上的低酸和高酸加压釜调节槽溢流管道的直径，二是增加调节槽除雾器的容积。尽管稀释问题以及对高压釜热平衡和酸度控制带来的负面影响，高压釜本身运行还是相当稳定的。其它遇到的挑战就是用来打高酸加压浸出底流的定容式泵的维护。实践证明这些泵需要经常的维护，最终被离心矿浆泵所取代。另外一个问题就是硫蒸汽在调节槽除雾器中的凝固。这个问题通过增加分离器容积和减少接触面积得到了解决。表1 开车后季均锌精矿处理速度时间精矿处理量（t/h）浸出锌（t/d）1993年三季度14.9185.81993年四季度20.6253.01994年一季度19.4235.51994年二季度20.5252.21994年三季度20.4251.91994年四季度21.1255.41995年一季度21.1261.21995年四月份22.2278.2设 计21.6259.26. 操作结果电解车间水问题不但得到了解决，而且也作为一种增加电解生产能力的方式，加压浸出产能就必须增加以满足电解生产。1995年，在几个电解车间安装允许更大电流密度的新整流器被提上日程。当这些设备安装后，预期加压浸出的产量会进一步增加。表1总结了开车后锌精矿的处理速率。7. 现状 排除低酸浸出高压釜尺寸这个因素，加压浸出厂的实用性是相当好的，目前生产能力可以达到设计的98，通常每月停车一次，高压釜不减压，只需要做很小的维护。停车期间的工作大致相同，包括清理闪蒸槽管道和消音器上的硫和石膏，调节槽浆叶上损坏的螺钉需要更换，其搅拌器上的衬层也需要更换。在目前的操作状况下，低酸浸出高压釜浸渍管和排出管每三到四个月需要清理一次，在清理期间使用备用高压釜代替低酸浸出高压釜以避免生产中断。石膏在浸渍管道和排料管上积聚，必须应该除去。高压釜本身的水垢应该每六个月清理一次。除水垢的最适宜的方法目前正在研究之中，它需要几天时间从两根排料管上清理水垢。当低酸浸出高压釜停车清理水垢时，卸料阀和搅拌器的密封装置在必要时也须清理。8. 操作参数两台高压釜通常都按照设计标准运行，总压为1100KPa。当硫氧化量增加时高酸浸出高压釜操作压力会增加。到目前为止，硫酸盐产量的任何增加引起的操作压力的增加所导致的结果都是无关紧要的，原因在于似乎硫酸盐生成黄钾铁钒沉淀量的增加会抵消高的操作压力带来的影响。高压釜中的氧气浓度一直保持在设计标准，操作时的氧气分压大约接近于干基氧分压的80。9. 精矿处理到目前为止，富林富隆高压釜处理的精矿来自于六个不同的矿山。有富林富隆附近的尊湖和卡里纳矿，雪湖附近的Chisel Lake矿，马尼托巴省Leaf Rapids的拉坦矿，安大略省的Geco和基德克里克矿。表2 表明了来自于这些矿山的矿石的化学成分分析。表2 富林富隆锌精矿化学分析元素Trout Lake/CallinanChisel lakeRuttanGecoKidd CreekZn50.251.252.456.654.9Fe10.810.810.38.59.5S32.632.833.233.933.2Cu0.750.630.920.581.15Cd